بدون شک اسید فسفریک را میتوان در زمره‌ی پرکاربرد ترین گونه های خانواده‌ی اسیدها جای داد. چراکه از استفاده های پزشکی و کاربرد های گسترده در صنایع غذایی گرفته؛ تا نقش ویژه در صنایع تولید رنگ و مواد شوینده و بهداشتی، شاهد رد پای کاربرد های شاخص اسید فسفریک (phosphoric acid) هستیم.
به‌هر اندازه که این ترکیبات با فرمول شیمیایی «H3PO4» دارای کاربرد های ویژه ای هستند، نگهداری و انتخاب مکان مناسب برای ذخیره سازی آنها با چالش هایی همراه خواهد بود. بطوریکه در پی هرگونه اشتباه، امکان وقوع آتش‌سوزی، انفجار و ایجاد مشکلات جدی برای سلامت انسانها وجود دارد. لذا پیش از پرداختن به کاربردهای ویژه فسفریک اسید ها، آشنایی با نکات انتخاب مخزن مناسب و مکان ذخیره سازی ایمن برای آنها بسیار کاربردی خواهد بود.
اسید فسفریک چیست؟
متداول ترین درصد خلوص اسید فسفریک، مربوط به محلول های 75 تا 85 درصد است. چنین محلول هایی دارای ویژگیهایی نظیر:
- شفافیت،
- بی‌رنگی،
- غیرفرار بودن،
- تا حدودی چسبنده
- و با حالت و غلظت شربت مانند،
هستند. اگرچه که با تمام چسبنده و شربتی بودن، بازهم میتوانند ریخته شوند. باتوجه به اینکه اسید فسفریک (H3PO4) یک محلول پرغلظت محسوب میشود، دارای خورندگی بسیار بالایی هستند. بنابراین برای نگهداری آنها باید از مخازن قدرتمندی همچون مخزن استیل و مخزن فایبرگلاس بهره گرفته شود.
به‌دلیل درصد بالای اسید فسفریک در این معرف (85 درصد)، حداقل مقداری از اسید اورتوفسفریک در یک تعادل وابسته به دما، به اسیدهای پلی فسفریک متراکم می شود. اما برای برچسب زدن و سادگی تشخیص، 85٪ نشان دهنده‌ی H3PO4 است. درحقیقت وجود تمام اسید اورتوفسفریک در درصدهای دیگری نیز ممکن است. یعنی حتی 100 درصد؛ که در آن اسیدهای فسفریک و آب در یک تعادل نامشخص باشند. ولی محتوای کلی مول عنصر مشخص شده، بایستی در نظر گرفته شود. هنگامی که محلول های آبی ACID فسفریک و/یا فسفات رقیق می شوند، در حالت تعادل قرار می گیرند. و یا پس از مدتی به تعادل میرسند که در آن عملاً تمام واحدهای فسفریک/فسفات به‌شکل ارتو هستند.
تهیه اسید فسفریک
بهره‌گیری از اسیدهای فسفریک با توجه به کاربرد های گسترده آنها، امروزه بسیار متداول شده است. بطورکلی اسید فسفریک را می توان از دو طریق در صنایع تهیه کرد:
- فرآیند حرارتی؛ و
- فرآیندهای مرطوب.
بلحاظ گرید غذایی، بکارگیری فرآیندهای حرارتی برای تولید PHOSPHORIC ACID بیشتر پیشنهاد میگردد. درادامه به توضیح اجتمالی نحوه‌ی انجام هر دو فرآیند خواهیم پرداخت.
اسید فسفریک حرارتی
گونه های اسید فسفریک بسیار خالص از سوزاندن فسفر عنصری برای تولید:
- پنتوکسید فسفر و
- حل کردن محصول در اسید فسفریک رقیق،
به‌دست می‌آیند. چنین فرآیندی یک ACID فسفوریک بسیار خالص تولید می کند. زیرا اکثر ناخالصی های موجود در سنگ هنگام استخراج فسفر از سنگ در یک کوره، حذف شده است. نتیجه نهایی اینکه «اسید فسفریک حرارتی» دارای درجه غذایی است. درنظر داشته باشید که با این حال، برای کاربردهای حیاتی ممکنست پردازش اضافی برای حذف ترکیبات آرسنیک مورد نیاز باشد.
فرآیندهای PHOSPHORIC ACID مرطوب
فرآیند مرطوب اسید فسفریک با افزودن اسید سولفوریک به سنگ فسفات کلسیم تهیه می شود. واکنش ساده شده این است:
3 H2SO4 + Ca3(PO4)2 + 6 H2O ↔ 2 H3PO4 + 3 CaSO4.2H2O + 6 H2O
اسیدهای فرآیند مرطوب را می توان با حذف فلوئور برای تولید PHOSPHORIC ACID حیوانی یا با استخراج با حلال و حذف آرسنیک برای تولید اسید فسفریک درجه غذایی خالص کرد.
نگهداری و حمل اسید فسفریک
خورندگی بالای اسید فسفریک در غلظت های بالا، نحوه‌ی نگهداری آنها را به موضوع پراهمیتی تبدیل نموده است. همانگونه که پیشتر نیز عنوان شد، استفاده از مخازن استیل باکیفیت، مناسبترین گزینه برای نگهداری این نوع اسیدها بشمار می‌آید. البته در این میان نباید از کارایی بالای انواع:
- مخزن پلی اتیلن دوجداره؛
- و مخزن فایبرگلاس
نیز در نگهداری فسفریک اسیدها غافل ماند. تهیه‌ی مخازن فوق از سوی سازندگان معتبر کشور، موضوعی بسیار مهم است. چراکه هرگونه بلع، استنشاق، لمس، تماس غیرمستقیم پوستی و تماس چشمی با «PHOSPHORIC ACID» شدیداَ مشکل آفرین خواهد بود. چنانچه مخازن در احجام کوچک و قابل حمل باشند، عملیات انتقال اسید فسفریک (در سفارش های با حجم کم) با جابجایی همان مخزن‌های کوچک توسط تریلی‌ها صورت میپذیرد. درسوی مقابل چنانچه حجم انتقال زیاد باشد، به جهت:
- ساپورت ظرفیت مورد انتقال،
- ایمنی بیشتر،
- حفظ کیفیت و عدم ته نشینی اسیدها (بدلیل تعبیه‌ی همزن در مخازن تریلی)،
- تخلیه‌ی سریعتر و مناسبتر و…،
از انواع تریلی حمل اسید بهره گرفته میشود. تعبیه‌ی همزن در تریلی های حمل اسید موجب میشود تا در انتقال های با فواصل طولانی، از ته نشینی و ایجاد رسوب در این سیالات جلوگیری شود. تانکرهای بکار گرفته‌شده برای نگهداری اسید سولفوریک، فسفریک، هیدروکلریک و دیگر گونه‌های اسیدی، باید مقاوم در برابر ضربه، نشتی و البته مانع عبور اشعه‌های خورشیدی باشند.
محیط مناسب برای ذخیره سازی
پروسه‌ی ذخیره سازی و نوع مخزن مورد استفاده برای نگهداری phosphoric acid و اسید سولفوریک، به خودی خود دارای اهمیت بسیاری است. حال در نظر داشته باشید که هرچقدر هم که انتخاب مخزن و فرآیند پرسازی و تخلیه سیال با دقت انجام گیرد، بازهم ممکن است با انتخاب یک محیط نامناسب ذخیره سازی، دچار مشکلات عدیده ای شوید!!. به‌همین منظور باید گفت:
اولین شرط نگهداری از اسید فسفریک ها، انتخاب محلی با دمای مناسب و نسبتاَ خنک است. محیط ذخیره سازی به هیچ عنوان نباید گرم باشد. همچنین محیط انتخابی نباید مستعد انباشت رطوبت باشد. درغیر اینصورت احتمال خراب شدن phosphoric acid ها افزایش می‌یابد!!.
بمنظور جلوگیری از وقوع حالات عنوان شده، نصب هواکش های صنعتی و سیستم های تهویه مطبوع در محل های نگهداری اینگونه سیالات (acidهای فسفریک و سولفوریک) کاملاً ضروریست. ضمناَ هرگونه عناصر و متریال‌های مستعد اکسایش و حریق را از مخازن نگهداری اسید فسفریکها دور نگه دارید. عناصر قلیایی دیگر موادی هستند که بایستی دور از محیط نگهداری اسیدهای مذکور، نگه داشته شوند. هنگام انبار داری این محصولات، همواره بر روی عدم ورود نور به محل نگهداری تأکید میشود.
نکته: برخی از انواع خاص مخزن استیل، دارای جداره‌ی داخلی اضافی از جنس پلی اتیلن چگالی بالا هستند. بایستی اشاره داشت که اینگونه مخازن نیز برای نگهداری اسید های فسفریک مناسب می باشند.
میزان واکنش پذیری فسفریک اسیدها
فسفریک اسید (phosphoric acid) دارای قدرت واکنش پذیری بالایی می باشد. به‌همین دلیل است که نحوه نگهداری آنها، نوع مخزن نگهداری و انتخاب محیط مناسب برای ذخیره اسید های فسفریک از اهمیت بالایی برخوردار می باشد. اجتناب از شرایط زیر برای جلوگیری از واکنش دهی اینگونه سیالات اسیدی الزامیست:
- احتمال واکنش دهی این ترکیبات با عناصر بازی قدرتمند نظیر «سدیم هیدروکسید»، صد در صدی است!!. بنابراین هم از بوجود آمدن چنین شرایطی پرهیز کنید. و هم از بکاربردن مخازن فولادی بدون روکش برای نگهداری این سیالات اجتناب نمایید.
- فلزات را در مجاورت ترکیبات شیمیایی «H3PO4» قرار ندهید. زیرا ممکنست پس از مدت زمانی، شاهد وقوع آتش سوزی باشید!. ممکن است برای ذخیره‌سازی این نوع اسیدها در غلظتهای پایین، قصد استفاده از مخازن گالوانیزه را داشته باشید. فلذا از روکش داشتن ورقهای گالوانیزه و دارا بودن استانداردهای جهانی ساخت، به خوبی مطمئن شوید.
- واکنش پذیری اسید فسفریک با عناصر اکسایش کننده‌ی قدرتمند، منجر به حریق گسترده میشود. چنانچه حجم و مدت واکنشدهی چنین دو ترکیبی افزایش یابد، احتمال انفجارهای شدیدی نیز وجود خواهد داشت.
تهیه هالیدهای هیدروژن از ACID PHOSPHORIC
اسید فسفریک با هالیدها واکنش می دهد و گاز هیدروژن هالید مربوطه را تشکیل می دهد. چنانکه دودهای بخاردار هنگام گرم شدن مخلوط واکنش، مشاهده می شود. این یک روش معمول برای تهیه آزمایشگاهی هالیدهای هیدروژن است.
3NaCl(s) + H3PO4(l) → NaH2PO4(s) + HCl(g)
3NaBr(s) + H3PO4(l) → NaH2PO4(s) + HBr(g)
3NaI(s) + H3PO4(l) → NaH2PO4(s) + HI(g)
کاربرد های مهم اسید فسفریک
افزایش روزافزون تقاضاها برای خرید اسید فسفریک (PHOSPHORIC ACID)، خود گویای پرکاربرد بودن و اهمیت آنها در صنایع امروزی است. ازهمین رو به بیان برخی از مهمترین کاربرد های ACID فسفریک خواهیم پرداخت:
- اینگونه اسیدها به عنوان الکترولیت در پیل های سوختی اسید فسفریک استفاده می شوند. همچنین به عنوان یک استاندارد خارجی برای تشدید مغناطیسی هسته ای فسفر-31 (NMR) مورد استفاده قرار میگیرند.
- بعنوان یک پاک کننده توسط صنایع ساختمانی برای از بین بردن رسوبات معدنی، لکه های سیمانی و لکه های آب سخت استفاده می شود. ضمناَ هنگام ساخت برخی از پاک کننده های خانگی (با هدف کارهای تمیزسازی خانگی)، فسفریک اسیدها به مواد اولیه افزوده میشوند.
- برای حکاکی نیترید سیلیکون (Si3N4)، اسید فسفریک‌های داغ در ریزساختها (ترکیبات اولیه مرتبط با حکاکی) بکار گرفته میشوند.
- زدون آهن ها نیز با استفاده از این ماده انجام میگیرد.
- جهت انجام امور لحیم کاری، میتوان از این نوع اسیدها در قالب یک شار کمکی استفاده نمود.
- اسید فسفریک همچنین در محلول های pH هیدروپونیک، برای کاهش pH محلول های غذایی استفاده می شود. درحالی که می توان از انواع دیگر اسیدها استفاده کرد، فسفر یک ماده مغذی مورد استفاده گیاهان است. به‌ویژه در هنگام گلدهی. محلول مایع pH پایین General Hydroponics، علاوه بر:
– اسید سیتریک و
– بی سولفات آمونیوم با بافرهایی برای حفظ pH پایدار در مخزن،
دارای فسفریک اسیدهای مغذی عناصر گیاهی نیز می‌باشد.
- تنظیم کننده‌ی PH قدرتمندی برای تهیه‌ی لوازم آرایشی و محصولات مراقبت از پوست محسوب میگردد.
- PHOSPHORIC ACID یک عامل اکسید کننده شیمیایی برای تولید کربن فعال است. کربن های فعال در فیلتر کربنی بکار گرفته میشوند؛ که یکی از تجهیزات تصفیه آب و فاضلاب در کنار فیلتر شنی، دستگاه تصفیه آب صنعتی، دستگاه دیونایزر و… بشمار میرود.
- صنایع غذایی.
فسفریک اسید در صنایع بهداشتی
صنایع بهداشتی بمنظور اسیدی ساختن محصولات خود، از اسید فسفریک «H3PO4» در مراحل تولید بهره میگیرند. شرکتهای تولید کننده‌ی انواع صابون، خمیر دندان و محصولات سفید کننده‌ی دندانها، همواره پای ثابت استفاده از این ترکیبات هستند. رد پای فسفوریک اسیدها را همچنین میتوان در تولید محصولاتی نظیر:
- زدودنده های اکسایش (مربوط به تمیزسازی قطعات و ابزارهای فلزی)؛
- و انواع پاک کننده‌های قدرتمند تک و چندمنظوره،
یافت. بسیاری از مردم همواره از مصرف مواد غذایی ارگانیک مرتبط با کودهای دارای اسید فسفریک ابراز نگرانی میکنند. این درحالیست که خطرات خاص اثبات شده‌ای در پی استفاده از چنین کودهایی برای باغداری، به‌ثبت نرسیده است. لازم به ذکر است که بیشترین میزان استفاده از این سیالات، مربوط به تولید کودهای صنعتی می‌باشد.
استفاده پزشکی اسید فسفریک
کاربرد های پزشکی انواع اسید فسفریک (H3PO4) بسیار ویژه و خاص است. بطوریکه در دندانپزشکی و ارتودنسی در قالب محلول اچینگ برای تمیز کردن و زبری سطوح دندان در حال ترمیم (دندان تماس‌داشته با لوازم طبی مربوطه یا مواد پرکننده)، استفاده میشود. همچنین اسید فسفریک یکی از اجزای تشکیل دهنده‌ی داروهای ضد تهوعیست که بی‌نسخه ارائه میشوند. چنین داروهایی که دارای مقدار قند (گلوکز و فروکتوز) قابل توجهی هستند، به‌هیچ عنوان نباید توسط بیماران دیابتی (بدون اجازه‌ی متخصص مربوطه) مورد استفاده قرار بگیرند.
گونه های اسید فسفوریک همچنین در تولید سفید کننده های دندان نیز، نقشی صنعتی دارند. (برای تمیزسازی و حذف پلاکهایی که بر روی دندانها وجود دارند)
اثرات بیولوژیکی بر کلسیم استخوان و سلامت کلیه
مطالعه ای که توسط پپسی تامین مالی شده است، نشان می دهد که مصرف کم فسفر منجر به کاهش تراکم استخوان می شود. این مطالعه اثر اسید فسفریک را که با منیزیم و کلسیم در دستگاه گوارش متصل میشود و نمک‌هایی را تشکیل می‌دهند که جذب نمی‌شود، بررسی نمی‌کند. بلکه مصرف کلی فسفر را مورد مطالعه قرار می‌دهد. درنتیجه نمیتواند مطالعه‌ی قابل استنادی برای اثرات «phosphoric acid» بر سلامت افراد باشد.
یک مطالعه بالینی دیگر در همین زمینه توسط «هینی و رافرتی» و با استانداردهای عملی مناسب و پارامترهای کنترل‌شده انجام شد. طبق این پژوهش (با استفاده از روش‌های تعادل کلسیم)، هیچ تاثیری از نوشابه‌های گازدار حاوی فسفریک اسید بر دفع کلسیم نشان داده نشد. درواقع این مطالعه تأثیر:
- آب،
- شیر و
- نوشابه‌های گازدار مختلف (2مورد با کافئین و دو نوشابه بدون کافئین؛ 2مورد با اسید فسفریک و دو مورد با اسید سیتریک)،
را بر تعادل کلسیم زنان 20 تا 40 ساله با مصرف نسبتا یکسان را، مقایسه کرد. جالب است بدانید که زنان مورد آزمایش، حدوداَ 3 فنجان (680 میلی لیتر) نوشابه گازدار در روز مصرف می‌نمودند. آنها دریافتند که نسبت به آب، فقط شیر و دو نوشابه حاوی کافئین، کلسیم ادرار را افزایش می‌دهند و کاهش کلسیم مرتبط با مصرف نوشابه‌های کافئین‌دار، تقریباً برابر با میزانی است که قبلاً برای کافئین به تنهایی یافت می‌شد. به‌عبارت دیگر، اسید فسفریک بدون کافئین هیچ تاثیری بر کلسیم ادرار نداشت و باعث افزایش دفع کلسیم ادراری مربوط به کافئین نمی‌شد. از آنجایی که مطالعات نشان داده است که اثر کافئین با کاهش تلفات کلسیم در اواخر روز جبران میشود، هنی و رافرتی به این نتیجه رسیدند که اثر خالص نوشیدنی‌های گازدار (از جمله نوشیدنی‌های حاوی کافئین و اسیدهای فسفریک) ناچیز است. یعنی اثرات اسکلتی مصرف نوشابه گازدار (ناشی از کاهش کلسیم)، احتمالاً عمدتاً به دلیل جابجایی شیر است.
زدودن زنگ با اسید فسفریک
انواع اسید فسفریک را میتوان مستقیماَ روی:
- آهن زنگ زده،
- ابزارهای فولادی
- یا سطوح فلزی برای تبدیل اکسید آهن (زنگ زدگی)،
در قالب یک ترکیب فسفاتی محلول در آب مورد استفاده قرار داد. معمولاً به صورت مایع مایل به سبز، مناسب برای غوطه وری (حمام اسیدی) در دسترس است. اما عموماً به عنوان جزئی در ژل استفاده می شود. همچنین به‌عنوان یک ژل ضخیم، ممکن است روی سطوح شیبدار، عمودی یا حتی بالای سر اعمال گردد.
باید مراقب بود که از سوختگی اسیدی پوست و به خصوص چشم جلوگیری شود. البته که باقیمانده‌ی آن به راحتی با آب رقیق خواهد شد و به همین دلیل است که برای نگهداری از اسید فسفریک، حتماَ استفاده از مخازن استانداردی همچون: مخزن فایبرگلاس و مخزن استیل پیشنهاد میشود. هنگامیکه اینگونه اسیدها به اندازه کافی رقیق شوند، حتی می توانند برای زندگی گیاه مغذی بوده و حاوی مواد مغذی ضروری نظیر:
- فسفر و
- آهن
باشند. گاهی اوقات نیز این ماده‌ها، با نام های دیگری مانند “زنگ زدا” یا “کشنده زنگ” به فروش میرسند. با این حال، نباید مستقیماً به آب های سطحی مانند نهرها یا زهکش ها وارد شوند. زیرا سلامت طبیعی و عمومی آبهای شرب و غیرشرب را دستخوش تغییر میکنند. پس از ترکیب مناسب، اکسید آهن قهوه ای مایل به قرمز به یک پوشش ترکیبی فسفات آهن سیاه تبدیل می شود که ممکن است پاک شود. ازهمین رو درنظر داشته باشید که:
برای از بین بردن زنگ زدگی، ممکن است به کاربردهای متعدد اسید فسفریک نیاز باشد. ترکیب سیاه حاصل می‌تواند مقاومت بیشتری در برابر خوردگی ایجاد کند. چنین محافظتی تا حدودی توسط فرآیندهای پوشش سطحی مشابه پارکریزه و تبدیل الکتروشیمیایی آبی ایجاد میگردد.
بعد از اعمال و حذف زنگ‌زدگی با استفاده از ترکیبات PHOSPHORIC ACID، فلز باید روغن کاری شود. مثلاَ فلزهایی همچون برخی ابزار که بدون استفاده باشند.
استفاده در مواد غذایی فرآوری شده
اسید فسفریک دارای درجه غذایی، برای اسیدی‌کردن غذاها و نوشیدنی‌ها (همانند انواع نوشابه های کولا) استفاده می شود. ولی در مورد اثرات مضر سلامتی، هیچگاه بدون بحث نیستند. بطوریکه طعم تند ایجاد می کنند؛ اما مجموعاَ به عنوان یک ماده شیمیایی تولید انبوه، ارزان و در مقادیر زیاد در دسترس می‌باشند. عواملی نظیر:
- قیمت پایین و
- در دسترس بودن فله،
موجب جلب نظر صاحبان صنایع غذایی برای بهره گیری از اسید فسفریک در غلظتهای مختلف شده است. البته در مقایسه با برخی از چاشنی های طبیعی، گران تر هستند. همانند زنجبیل برای ترش نمودن و یا اسید سیتریک برای ترشی زایی (که از لیمو و لیموترش به دست می آیند)، که طعم های مشابهی به دست می‌دهند. با این حال بیشتر اسید سیتریک مورد استفاده در صنایع غذایی، از مرکبات استخراج نمی شود. بلکه توسط قالب Aspergillus niger از:
- ضایعات ملاس،
- هیدرولیزهای نشاسته زائد و
- اسیدهای فسفریک،
تخمیر میگردد. اینچنین ترکیباتی با شماره E E338 برچسب گذاری خواهند شد.
